Мир вокруг нас

Это была кампания бригадного генерала конфедерации Генри Хопкинс Сибли. Кампания была достаточно большой авантюрой, на которую генерал получил разрешение лично от президента Конфедерации. Генерал планировал с двумя с половиной тысячами человек, почти без обоза, вытеснить превосходящие силы федералистов из Северной Мексики и таким способом пробить путь к городу Денвер в Колорадо. На авантюру согласились, поскольку уж очень лакомая была цель, ведь Денвер тогда был столицей золотодобытчиков Колорадо. В то время уже вовсю шла золотая лихорадка и добывали 200 тысяч унций золота в год. Доступ к этому золоту для аграрного юга возможно позволил бы переломить ход войны.

Это было настоящие золото конфедерации, а не те жалкие 8 мешков золотых монет которые всё-таки откопал в конце Туко Бенедикто Пасифико Хуан Мария Рамирес.

Такая же ситуация у нас и в энергетике: есть углеводородное топливо, которое на 87% обеспечивает мировое первичное энергопотребление, вокруг которого крутится вся мировая история уже два с небольшим века. А есть динамичная тройка, каждая со своим фанатами и противниками, за приключениями, погонями и перестрелками которых наблюдать как правило интереснее, чем за долгими манёврами и осадами.

В долях всё выглядит так:

.

Первичная энергия - это вся энергия, которая получена человеком из внешних источников. По атому и возобновляемым есть нюансы - для приведения к общему знаменателю их электрогенерацию приводят к эквиваленту электрогенерации углеводородного топлива. Мы использовали коэффициент от BP в 0.38

Мир держится на трёх китах (нефть, уголь, газ) и пока сдаваться они не намерены. Тем не менее, проблемы невосполнимости, экологии и неудобных потерь перед ними стоят и будут стоять. Проблема экологии звучит немного пафосно, но только в том случае, если вы не живёте в 100 метрах от Ленинградского шоссе (как один из авторов статьи), в Париже или Пекине.

Поэтому давайте попытаемся посмотреть, как будет развиваться сюжет и, что произойдет с нашими тремя героями.

Часть 1. Знакомство.

Тройка наших героев:

“Хороший”

Альтернативные возобновляемые источники (солнце, ветер, геотермальные) -  чистые, фотогеничные, но крайне непредсказуемы в поведении. Быстро наращивают долю, но начинают с очень низкой базы. Ордината здесь и далее - в миллионах тонн нефтяного эквивалента.

“Плохой”

Атом - профессионал в летах, всегда заканчивает оплаченную работу, за карьеру правда у него случалось разное. Развивается 40 лет, но пока так и остался в аутсайдерах. Более того, сейчас его доля даже сокращается.

“Злой” (в итальянском оригинале “мужлан”)

Гидроэнергетика - простая, “грубая”, но очень эффективная технология, вышедшая из деревенских водяных мельниц. Развивается вместе индустриализацией различных регионов планеты и освоением местных рек.

Часть 2. Завязка.

Золото, за которым гонятся наши герои - это возможность обеспечения энергетических потребностей человечества в ближайшем будущем, поэтому важно обрисовать какова наша цель, хватил ли для нее 8 мешков золота или всё-таки нужны золотые прииски?

Давайте обрисуем проблему. Основа любого прогнозирования потребления энергии должна начинаться с населения, ведь человек - это всегда конечный пользователь. ООН каждый год публикует демографический прогноз до 2100 года, ниже главный график из прогноза.

Фиолетовая линия - это население при неизменном сегодняшнем уровне фертильности, другие три - это более вероятные высокий, средний и низкий сценарии. В них мировая фертильность продолжает с разной скоростью снижаться. Ордината - млрд населения.

Мы возьмем оптимистичный для наших героев низкий вариант, в нем пик приходится на 2049-й год, когда на Земле будут жить только 8.3 миллиарда человек, а не 10 или 12, так что и для нас этот год будет последним в нашем сюжете.

Для оценки будущего потребления первичной энергии кроме роста населения нужно учитывать и потребление энергии на человека. Сейчас многие страны, во главе с Китаем, проходят индустриализацию и урбанизацию. Поэтому в последние 10 лет мы наблюдаем примерно линейный рост потребления:

Мы провели этот тренд линейно дальше в будущее, поскольку развивающиеся страны должны продолжать развиваться, иначе просто не прокормить эти добавочные полтора миллиарда человек, а энергопотребление развитых стран на человека достаточно стабильно и кроме США нигде нет значительных резервов на сокращение. В итоге, для 2049 года мировое потребление на человека оказалось равным 2,56 тонны нефтяного эквивалента на человека, это 70% от уровня сегодняшней Германии или 35% от уровня сегодняшних США и в 1.5 раза больше, чем сегодняшнее средне мировое значение.

Совмещение этих двух картинок, т.е. учитывание и роста населения и роста энергии на человека, дает нам следующий сценарий для потребления первичной энергии, за которым стоит дырка в размере 8900 миллионов тонн нефтяного эквивалента (21600 вместо сегодняшних 12700):

Сможет ли наша троица откопать достаточно золота, чтобы заполнить эту дыру? А если углеводородная армия отойдет и придётся отдуваться уже и за них?

Южане отступают

Часть 3. Развитие сюжета. “Хороший”.

“Хороший” у нас ладный парень, молодой, но уже с серьезной экспонентой за поясом. Если положить 50 лет развития альтернативки на логарифмическую шкалу, то очень хорошо виден экспоненциальный тренд роста:

На протяжении последних 50 лет темп роста позволял удесятерять количество производимой энергии каждые +/- 20 лет. Сегодня мы на пути к следующему удесятерению. Видно, что если тренд будет продолжаться, то до 2027 года можно ожидать роста до уровня 1000 млн тонн нефтяного эквивалента, что составит 25% от текущей добычи нефти. Ну а если оптимистично продолжить его ещё дальше, то к 2049 они смогут покрывать уже 10000 млн тонн нефтяного эквивалента или 75% всего сегодняшнего потребления ну или чуть меньше половины необходимого в будущем. Тут, правда, насчёт “необходимого в будущем” есть нюанс, который будет подробно разобран в следующей статье.

С одной стороны это конечно радует, но с другой становится всё-таки немного не по себе: получается, что даже при самом оптимистичном прогнозе человечеству нужно будет ещё лет 20-30 протянуть на существующих запасах невосполнимых источников энергии.

А ведь прогнозы могут ошибаться и хорошо налаженные тренды - меняться. Так, 14 лет развития атомной энергетики с 1965 до 1979 года очень хорошо ложились на экспоненту, которая давала удесятерение каждые 10 лет и если руководствоваться ею, то сейчас атом должен производить больше 100’000 миллионов тонн нефтяного эквивалента. Реальность, напомню, получилась где-то так в 50 раз скромнее.

Неизвестно, выдержит ли мировая генерация возобновляемыми источниками ещё 30 лет экспоненты, есть много технологических проблем которые нужно для этого преодолеть, так что можно скрестить пальцы и пожелать удачи, но не стоит смотреть через уж слишком розовые очки на солнце и ветер как на панацею для ближайших 40, а тем более для 20 лет.

Часть 4. Развитие сюжета. “Плохой”.

С потенциалом атома ситуация довольно простая, экспоненциальный рост атома закончился вместе с технологической наивностью. Цикл постройки для первых экспериментальных реакторов составлял 2-3 года, а для настоящих коммерческих 4-5, но тут начал работать закон больших чисел - как известно хоть шанс выиграть миллион в лотерею мизерный, но кто-то ведь выигрывает каждую неделю: случился Трёх-мильный остров, потом Чернобыль, Фукусима. Поэтому сейчас ввод нового реактора в строй от начала планирования и до пуска занимает 8-10 лет и исключений нет ни в России, ни в Китае.

Т.е. о том, как себя будет вести атом в ближайшие 20-30, можно узнать уже сегодня, поскольку планы нужно составлять уже сейчас. Ниже две таблицы, составленные по данным от Мировой Ассоциации Атомной Энергетики. За прошедшие 7 лет общие мощности атомной энергетики увеличились аж на 5 гигаватт (1.35%), хотя строилось тогда 22 гигаватта. Дело в том, что даже реакторы не вечны и многие старички ушли на покой.

За 7 лет большинство реакторов переехало из стадии планирования в стадию строительства, а обсуждающиеся в кулуарах перешли на столы инженеров и экономистов. Но если сходите по ссылке, то узнаете, что на 70 строящихся сейчас реакторов приходится примерно 60, которые должны прекратить свою работу в ближайшие годы. Так что до 2020 мы увидим рост атомных мировых мощностей не на 75, а дай бог еще на 20 гигаватт.

Насчет развития дальше 2020 года, давайте будем оптимистами и посчитаем что все планирующиеся реакторы будут построены между 2021- 2030 годами, а все обсуждающиеся между 2031-2040. Для последних 9 лет прогноза давайте просто решим, что все существующие стареющие реакторы будут замены на равноценные новые. В сумме это даст нам в 2049 году 1400 Млн т.н.э.,

К сожалению, ну или может кому-то к радости, в своей текущей технологической парадигме атом не способен исполнять роли основного плана до 2030. Возможно, новые “прорывы” - ЗЯТЦ или что-то ещё изменят ситуацию. Ближе к 2040. Ибо для чего-то кардинального ввод должен исчисляться тысячами реакторов (см. таблицу выше и график долей в первичной энергии).

Часть 5. Развитие сюжета. “Мужлан”

Гидроэнергетика самый старый и на сегодняшний день самый продуктивный источник энергии для общества. Генерация на 20% превышает атомную энергетику. Первые гидроэлектростанции были построены в 1880 годах и с тех пор можно отслеживать индустриализацию стран по увеличению генерации гидроэнергетикой. США, Европа, Россия, а в последние годы Китай, Бразилия и Индия строили плотины электростанций чтобы обеспечить свою индустрию дешёвой, надежной и чистой энергией. Но, не смотря на все свои преимущества, гидроэнергетика имеет один большой недостаток - потенциал развития ограничен географическими факторами, количеством рек и их месторасположением относительно мест потребления электроэнергии и он уже давно просчитан и учтён для всех уголков нашей планеты.

На сегодняшней день гидроэнергетика имеет большой потенциал развития в Африке, в меньшей степени в Южной Америке и Азии. В Северной Америке и Европе оставшийся потенциал находится на на севере - на Аляске, в Канаде и Норвегии, ну и конечно в России. Все эти районы крайне удалены от потребителей энергии и требуют огромных вложений в инфраструктуру. Использование всего экономически целесообразного потенциала гидроэнергетики до 2050 года позволит довести его до уровня чуть меньше чем 2000 млн т.н.э. После этого рост будет уже не возможен по чисто физическим причинам.

Финал

И вот мы подходим к концу увлекательной погони, за золотом конфедерации, вот и финальная дуэль где определиться победители и проигравшие. Посмотрим же, что у нас получится, если суммировать описанные сценарии для трёх источников на 2049-й год (левый столбец). Это, напомним, продолжение сорокалетней экспоненты альтернативных, полная реализация гидроэнергетического потенциала, реализация всех планов по строительству атома + замена старых реакторов. Как видно, “хороший” как и предполагалось по сюжету у нас в лидерах, “плохой” в аутсайдерах. Но на самом деле мораль нашего фильма немного в другом, фильм ведь специально писался нами по максимально оптимистическому сценарию развития для всех трёх отраслей энергетики. Но даже не смотря на этот оптимизм, все три источника вместе развиваясь по максимуму в течение 35 лет к 2049 смогут обеспечить человеческие потребности только чуть больше чем на половину, так что нефтяные, газовые и угольные дивизии еще очень долго не уйдут со сцены.

По материалам mirvn.livejournal.com